超声波流量计是一种利用超声波脉冲来测量流体流量的速度式流量仪表。近几年来,随着技术的发展,利用超声波脉冲测量流体流量的技术发展很快,基于不同原理,适用于不同场合的各种超声波流量计得到了广泛应用,同时也对广大用户提出如何进一步的了解超声波流量计、怎样选择合适的超声波流量计,使用过程中,应该注意些哪些问题等等,上海森逸技术人员结合现国内超声波流量计的发展情况及多年来现场应用经验,对上述问题进行了探讨。
超声波流量计选型与分类:
选型主要有以下几点:管道壁厚、外径,介质,管内流量是否含有杂质,测量介质的温度,测量介质为气体时,还需要知道气体的压力,除此之外,还应根据用户实际情况和测量需要合理选型。
1、多普勒超声波流量计
换能器经过管道内液体中的悬浮颗粒或气泡后,频率发生偏移,当管道条件、换能器安装位置、发射频率、声速确定以后,通过测量频移就可得到流体流速,进而求得流体流量。只能用于测量含有适量能反射超声波信号的颗粒或气泡的流体,如工厂排放液、未处理的污水、杂志含量稳定的工厂过程液等。要注意它对被测介质要求比较苛刻,即不能是洁净水,同时杂质含量要相对稳定,才可以正常测量,而且不同厂家的仪表性能及对被测厂家的要求也不一样。选择此类超声波流量计即要对被测介质心中有数,也要对所选用的超声波流量计的性能、精度和对被测介质的要求有深入的了解。
2、便携式超声波流量计
主要用于校对管道上已安装其它流量仪表的运行状态,进行一个区域内的流体平衡测试,检查管道的当时流量情况等。如果不作固定安装,而用于这些用途时,选用便携式超声波流量计既方便又经济。
3、时差式超声波流量计
时差式超声波流量计是利用声波在流体中顺流传播和逆流传播的时间差与流体流速成正比,这一原理来测量流体流量。
目前生产较多、应用范围广泛的是时差式超声波流量计。它主要用来测量洁净的流体流量,在自来水公司和工业用水领域,得到广泛应用。
4、管道式超声波流量计
精度较高,可达到±0.5%,而且不受管道材质、衬里的限制,适用于流量测量精度要求高的场合。但随着管径的增大,成本也会随增加,通常情况下,选用中小口径的管段式超声波流量计,较为经济。
5、固定式超声波流量计
如果有足够的安装空间,使用插入式换能器代替外贴式换能器,彻底消除了管衬、结垢及管壁对超声波信号衰减的影响,测量稳定性更高,也大大减小了维护工作量。而且,由于插入式换能器也可以不断流安装,所以其应用正在不断推广。有的厂家推出了内部为数字化电路的超声波流量计,其特点是采用数字电路处理信号,纠错能力增强,取样及时,精度提高(模拟电路的精度为±1.5%,数字电路可以达到±1.0%),而且集成度提高,仪表体积大大减小,有多种信号输出模式供选择,在实际应用也取得了很好的效果。用户在使用中可以和模拟电路的超声波流量计进行比较。超声波流量计的功能选择,用户可以根据实际情况来确定。如果测量双向流体,一定要选择带有正负计量功能的超声波流量计;如果用户需要定期了解流体在一定时段有流量情况,可以选择带打印机的超声波流量计。总之,所选择的超声波流量计的功能既要满足用户需要,也不必贪多求全,造成许多功能闭置不用,而增加购买成本。
管道式超声波流量计应用超声传输时间的方法测量流速,无运动部件。超声波在测量管道内以水流方向传输再被返回,通过测得的两束超声波的时间差计算出流速。
管道陈旧,管道内壁结垢严重,测量时接受不到信号或信号太弱,应该如何解决呢?
1、确认管道中是否充满流体。
2、应选用Z法安装传感器(如果管道太靠近墙壁,可在有倾斜角度的管道直径上安装传感器,而不必非在水平管道直径上安装);
3、仔细选择管道致密部分并充分打磨光亮,涂抹充分的藕合剂安装好超声波流量计传感器;
4、分别细心地在安装点附近慢慢移动每个传感器,寻找到最大信号点,防止因为管道内壁结垢或因为管道局部变形导致超声波束反射出预计的区域而错过可接收到较强信号的安装点;
5、对内壁结垢严重的金属管道可使用击打的办法使结垢部分脱落或裂缝(注意:此方法有时反而因为结垢和内壁之间产生空隙而丝毫无助于超声波的传输)。
超声波流量计是基于超声波在流动介质中传播的速度等于被测介质的平均流速和声波本身速度的几何和的原理而设计的。它也是由测流速来反映流量大小的。超声波流量计虽然在70年代才出现,但由于它可以制成非接触型式,并可与超声波水位计联动进行开口流量测量,对流体又不产生扰动和阻力,所以很受欢。
超声波流量计按测量原理分可分为时差式和多普勒式
利用时差式原理制造的时差式超声流量计近年来得到广泛的关注和使用,是目前企事业使用多的一种超声波流量计。
利用多普勒效应制造的超声多普勒流量计多用于测量介质有一定的悬浮颗粒或气泡介质,使用有一定的局限性,但却解决了时差式超声波流量计只能测量单一清澈流体的问题,也被认为是非接触测量双相流的理想仪表。
优点:
(1)超声波流量计是一种非接触式测量仪表,可用来测量不易接触、不易观察的流体流量和大管径流量。它不会改变流体的流动状态,不会产生压力损失,且便于安装。
(2)可以测量强腐蚀性介质和非导电介质的流量。
(3)超声波流量计的测量范围大,管径范围从20mm~5m.
(4)超声波流量计可以测量各种液体和污水流量。
(5)超声波流量计测量的体积流量不受被测流体的温度、压力、粘度及密度等热物性参数的影响。可以做成固定式和便携式两种形式。
缺点:
(1)超声波流量计的温度测量范围不高,一般只能测量温度低于200℃的流体。
(2)抗干扰能力差。易受气泡、结垢、泵及其它声源混入的超声杂音干扰、影响测量精度。
(3)直管段要求严格,为前20D,后5D。否则离散性差,测量精度低。
(4)安装的不确定性,会给流量测量带来较大误差。
(5)测量管道因结垢,会严重影响测量准确度,带来显著的测量误差,甚至在严重时仪表无流量显示
(6)可靠性、精度等级不高(一般为1.5~2.5级左右),重复性差。
(7)使用寿命短(一般精度只能保证一年)。
(8)超声波流量计是通过测量流体速度来确定体积流量,对液体应该测量它的质量流量,仪表测量质量流量是通过体积流量乘以人为设定的密度后得到的,当流体温度变化时,流体密度是变化的,人为设定密度值,不能保证质量流量的准确度。只能在测量流体速度的同时,又测量了流体密度,才能通过运算,得到真实质量流量值。
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